JP2017083597A - 波長多重光通信モジュール - Google Patents

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Abstract

【課題】光学部品を高い位置精度で固着することができる波長多重光通信モジュールを提供する。
【解決手段】複数の光源６ａ〜６ｄのそれぞれに対応し、光学部品である複数の光学レンズ７ａ〜７ｄが、接合剤である樹脂接着剤をそれぞれ介して基板５上に固着されている。そして基板５は、複数の光学レンズ７ａ〜７ｄを固着するための樹脂接着剤がそれぞれ充填される複数の凹部を有しており、これらの凹部は、樹脂接着剤の外周を円または頂点の数が偶数の正多角形に形成する形成部を構成している。
【選択図】図１

Description

この発明は、波長が異なる複数の光信号を波長多重して通信する波長多重光通信モジュールに関する。
波長多重光通信モジュールは、複数の光源から出射される信号光を、光学レンズ、波長選択フィルタ、反射ミラーなどの光学部品を用いて送信するものであり、光学レンズは接合剤を介して基板上に固着されている。そして、複数の光源からの出射光を波長多重して外部の光伝送路へ出力するためには、光学レンズを高い位置精度で固着する必要がある。
従来の波長多重光通信モジュールでは、各光学レンズを固定するための樹脂接着剤同士が干渉することを防止するために、光学レンズの実装部分の周囲に格子状の溝を設けたものがあった（たとえば特許文献1参照）。
特開２０１４―１０２４９８号公報
しかしながら、特許文献1に記載された波長多重光通信モジュールでは、塗布された樹脂接着剤の外周形状を一定に形成することができないため、光路上に配置した光学レンズの位置に対して樹脂接着剤の形状が非対称になる可能性がある。このような場合、樹脂接着剤の硬化収縮時に光学レンズに加わる応力が非対称になるため、樹脂接着剤の硬化時に光学レンズの位置ずれが生じ、光学レンズを高い位置精度で固着することができない。
この発明は上記の問題を解決するためになされたもので、接合剤の硬化収縮による光学部品の位置ずれを抑制し、光学部品を高い位置精度で固着することができる波長多重光通信モジュールを得ることを目的とする。
この発明の波長多重光通信モジュールは、基板と、基板に配置された複数の光源と、基板上に、複数の光源にそれぞれ対応して分離配置された複数の接合材と、基板上に、複数の接合材のそれぞれを介してそれぞれ固着された複数の光学部品と、を備え、基板は、複数の接合材のそれぞれの外周を円または頂点の数が偶数の正多角形に形成する複数の形成部を有することを特徴とするものである。
この発明によれば、基板上に分離配置された接合剤の外周を円または頂点の数が偶数の正多角形に形成することにより、接合剤の硬化収縮時に光学部品に加わる応力が対称になるため、接合剤の硬化収縮による光学部品の位置ずれが抑制され、光学部品を高い位置精度で固着することができる。
この発明の実施の形態１に係る波長多重光通信モジュールを示す概要図である。 この発明の実施の形態１における基板を示す上面図である。 この発明の実施の形態１における基板を示す部分拡大断面図である。 この発明の実施の形態１における波長多重光通信モジュールの要部を示す部分拡大断面図である。 この発明の実施の形態１における光学レンズを示す斜視図である。 この発明の実施の形態２における基板を示す部分拡大断面図である。 この発明の実施の形態３における基板を示す部分拡大断面図である。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る波長多重光通信モジュールについて説明する。図１は、実施の形態１に係る波長多重光通信モジュールの概要図である。
まず、実施の形態１に係る波長多重光通信モジュールの構成を説明する。波長多重光通信モジュール１は本体２とレセプタクル３で構成される。本体２はパッケージ４を有し、パッケージ４内にペルチェ素子（図示せず）が半田で固着されている。ペルチェ素子の上面に基板５が半田で固着されており、基板５の上面に光源６ａ〜６ｄが半田で固着されている。光源６ａ〜６ｄはフィードスルー部１２と金ワイヤ（図示せず）で接続されており、フィードスルー部１２を介して外部から駆動される。
図２は基板５を示す上面図である。図３は、基板５に樹脂接着剤８ａを塗布した後の図２のＡ−Ａ断面を示す断面図である。図４は、図１のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。基板５上には、光源６ａ〜６ｄのそれぞれに対応する位置に、円の形状をした凹部５ａ−１〜５ａ−４が一列に分離配置されている。凹部５ａ−１〜５ａ−４はドリル加工またはエッチング処理で形成される。たとえば、凹部５ａ−１〜５ａ−４の寸法は、直径Ｄ１が0.65〜1.95mm、深さＤ２が0.05〜0.2mmであり、隣接する凹部間の中心間隔Ｄ３が0.7〜2.0mmである。ただし、凹部５ａ−１〜５ａ−４が分離配置されるために、中心間隔Ｄ３は直径Ｄ１より0.05mm程度以上長くなければならない。より具体的にはたとえば、直径Ｄ１が1.5mm、深さＤ２が0.2mm、中心間隔Ｄ３が1.7mmである。
光学部品である光学レンズ７ａ〜７ｄの基板５への固着は接合剤でなされており、接合剤として紫外線硬化型の樹脂接着剤が用いられる。樹脂接着剤８ａ〜８ｄはそれぞれ凹部５ａ−１〜５ａ−４に充填されている。樹脂接着剤８ａ〜８ｄの厚さＴはたとえば0.02〜0.2mmであり、より具体的にはたとえば厚さＴは0.05mmである。凹部５ａ−１〜５ａ−４は樹脂接着剤８ａ〜８ｄのそれぞれの外周を形成する形成部であって、光源６ａ〜６ｄから出射される光の光軸上に光学レンズ７ａ〜７ｄをそれぞれ配置したときに、光学レンズ７ａ〜７ｄが凹部５ａ−１〜５ａ−４の中心付近に来るように形成されている。
図５は光学レンズ７ａの斜視図であり、たとえば高さＨＬが0.6〜1.5mm、幅ＷＬが0.38〜1.3mm、奥行きＤＬが0.38〜1.3mmである。ただし、光学レンズ７ａが凹部５ａ−１に収まるために、凹部５ａ−１の壁部と光学レンズ７ａの間には0.05mm程度以上の隙間がなくてはならない。より具体的にはたとえば、高さＨＬが1.3mm、幅ＷＬが0.9mm、奥行きＤＬが0.9mmである。また、光学レンズ７ａ〜７ｄはすべて同一形状である。
パッケージ４には蓋（図示せず）が溶接され、パッケージ４内が気密封止されている。パッケージ４内には樹脂接着剤を介して光合波器９が固着され、光合波器９には波長選択フィルタ１０ａ〜１０ｄおよび反射ミラー１１が設けられている。また、パッケージ４には封止ガラスを有する窓１３が設けられ、この窓１３を通過する信号光が外部の光伝送路へ出力される位置にレセプタクル３が固定されている。
次に、実施の形態１に係る波長多重光通信モジュールの動作を説明する。光源６ａ〜６ｄは外部から電気信号を入力し、それぞれ異なった波長λａ〜λｄの光信号を出力する。光学レンズ７ａ〜７ｄは光源６ａ〜６ｄから出射される光の波面をそれぞれ調整し、コリメート光に変換する。
波長選択フィルタ１０ａは波長λａの光を透過し、波長λｂ、λｃおよびλｄの光を反射する特性を持っており、光学レンズ７ａを出た波長λａの光は、波長選択フィルタ１０ａを通過し、窓１３へ出射される。
波長選択フィルタ１０ｂは波長λｂの光を透過し、波長λｃおよびλｄの光を反射する特性を持っており、光学レンズ７ｂを出た波長λｂの光は、波長選択フィルタ１０ｂを通過し、反射ミラー１１、波長選択フィルタ１０ａの順に反射され、窓１３へ出射される。
波長選択フィルタ１０ｃは波長λｃの光を透過し、波長λｄの光を反射する特性を持っており、光学レンズ７ｃを出た波長λｃの光は、波長選択フィルタ１０ｃを通過し、反射ミラー１１、波長選択フィルタ１０ｂ、反射ミラー１１、波長選択フィルタ１０ａの順に反射され、窓１３へ出射される。
波長選択フィルタ１０ｄは波長λｄの光を透過する特性を持っており、光学レンズ７ｄを出た波長λｄの光は、波長選択フィルタ１０ｄを通過し、反射ミラー１１、波長選択フィルタ１０ｃ、反射ミラー１１、波長選択フィルタ１０ｂ、反射ミラー１１、波長選択フィルタ１０ａの順に反射され、窓１３へ出射される。
こうして窓１３へ出射された波長λａ〜λｄの光は窓１３を通過し、波長多重されてレセプタクル３へ出射される。波長多重された光はレセプタクル３を介して外部の光伝送路へ出力される。なお、光源６ａ〜６ｄから出射される光の進路は図１に点線で示した通りである。
続いて、実施の形態１に係る波長多重光通信モジュールの製造工程について説明する。まず、ペルチェ素子をパッケージ４に半田で固着する。そして、基板５をペルチェ素子の上面に半田で固着する。その後、光源６ａ〜６ｄを基板５の上面に半田で固着する。
次に、パッケージ４に紫外線硬化型の樹脂接着剤を塗布し、光合波器９を樹脂接着剤上に配置し、樹脂接着剤を紫外線の照射により硬化させて、光合波器９をパッケージ４に固着する。
次に、凹部５ａ−１に充填されるように紫外線硬化型の樹脂接着剤８ａを塗布する。このとき、凹部５ａ−１の形状が円であるため、塗布した樹脂接着剤８ａの外周が円に形成される。そして、光学レンズ７ａを樹脂接着剤８ａの中心付近に配置した後、光源６ａを発光させ、窓１３の外側に設置したモニタ装置の受光量が最大となるように光学レンズ７ａの位置を調整する。位置調整が終われば、樹脂接着剤８ａを紫外線の照射により硬化させて、光学レンズ７ａを基板５に固着する。
次に、光学レンズ７ａと同様にして光学レンズ７ｂ〜７ｄを凹部５ａ−２〜５ａ−４上で基板５に固着する。
このように樹脂接着剤８ａ〜８ｄの外周はそれぞれ円に形成されている。円はその中心からの距離が等しい形状であるため、樹脂接着剤８ａ〜８ｄの外周形状が円であれば、樹脂接着剤の硬化収縮時に樹脂接着剤８ａ〜８ｄにそれぞれ加わる応力は円の中心に対して対称に発生する。したがって、樹脂接着剤８ａ〜８ｄの上にそれぞれ配置した光学レンズ７ａ〜７ｄの調整位置に対する位置ずれが抑制される。
そして、窒素雰囲気中で蓋をパッケージ４に溶接し、パッケージ４内を気密封止する。最後にレセプタクル３をパッケージ４に固定し、波長多重光通信モジュール１を完成させる。
なお、上記の製造工程および製造順序は一例であり、上述した内容に限定されるものではない。
この実施の形態１によれば、接合剤である樹脂接着剤８ａ〜８ｄが充填される円形状をなした凹部５ａ−１〜５ａ−４でそれぞれ構成された形成部により、樹脂接着剤８ａ〜８ｄの外周はそれぞれ円に形成される。このため、樹脂接着剤の硬化収縮時に樹脂接着剤８ａ〜８ｄの中心付近にそれぞれ配置した光学レンズ７ａ〜７ｄに加わる応力が円の中心に対して対称になり、樹脂接着剤の硬化収縮による光学レンズ７ａ〜７ｄの位置ずれが抑制される。この結果、光学レンズ７ａ〜７ｄを高い位置精度で固着することができる。
また、凹部５ａ−１〜５ａ−４が分離配置されているため、凹部５ａ−１〜５ａ−４に充填した樹脂接着剤８ａ〜８ｄ同士が干渉することがなく、複数の光学レンズ７ａ〜７ｄを高い位置精度で固着することができる。
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る波長多重光通信モジュールについて説明する。実施の形態２に係る波長多重光通信モジュールと実施の形態１に係る波長多重光通信モジュールの違いは基板にあり、それ以外の構成は同じである。図６は、実施の形態２の波長多重光通信モジュールにおいて、基板５１に樹脂接着剤８ａを塗布した後の断面を示す断面図であり、断面位置は図３と同じである。基板５１は、基材５１ｄと、基材５１ｄ上に形成したソルダレジストの有機膜５１ｅで構成される。有機膜５１ｅを形成する際、光学レンズ７ａ〜７ｄ固定用の樹脂接着剤８ａ〜８ｄを塗布する領域である接合剤塗布領域５１ｆ−１〜５１ｆ−４をマスクして実施するため、有機膜５１ｅは接合材塗布領域５１ｆ−１〜５１ｆ−４を除いて形成される。また、接合剤塗布領域５１ｆ−１〜５１ｆ−４の形状は円であり、それらは一列に分離配置されている。
樹脂接着剤８ａ〜８ｄはそれぞれ接合剤塗布領域５１ｆ−１〜５１ｆ−４に充填されるように塗布されており、樹脂接着剤８ａ〜８ｄの濡れ広がりは有機膜５１ｅで止まるため、樹脂接着剤８ａ〜８ｄの外周形状は接合剤塗布領域５１ｆ−１〜５１ｆ−４の形状でそれぞれ決まる。つまり、接合剤塗布領域５１ｆ−１〜５１ｆ−４と有機膜５１ｅは、樹脂接着剤８ａ〜８ｄのそれぞれの外周を形成する形成部を構成している。
この実施の形態２によれば、接合剤である樹脂接着剤８ａ〜８ｄが充填される円形状をなした接合剤塗布領域５１ｆ−１〜５１ｆ−４と有機膜５１ｅで構成された形成部により、樹脂接着剤８ａ〜８ｄの外周はそれぞれ円に形成される。このため、実施の形態１と同様に、樹脂接着剤の硬化収縮時に樹脂接着剤８ａ〜８ｄの中心付近にそれぞれ配置した光学レンズ７ａ〜７ｄに加わる応力が円の中心に対して対称になり、樹脂接着剤の硬化収縮による光学レンズ７ａ〜７ｄの位置ずれが抑制される。この結果、光学レンズ７ａ〜７ｄを高い位置精度で固着することができる。
また、接合剤塗布領域５１ｆ−１〜５１ｆ−４が分離配置されているため、実施の形態１と同様に、樹脂接着剤８ａ〜８ｄ同士が干渉することがなく、複数の光学レンズ７ａ〜７ｄを高い位置精度で固着することができる。
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係る波長多重光通信モジュールについて説明する。実施の形態３に係る波長多重光通信モジュールと実施の形態１に係る波長多重光通信モジュールの違いは基板にあり、それ以外の構成は同じである。図７は、実施の形態３の波長多重光通信モジュールにおいて、基板５２に樹脂接着剤８ａを塗布した後の断面を示す断面図であり、断面位置は図３と同じである。基材５２ｄの上部には、樹脂接着剤８ａ〜８ｄのそれぞれを塗布する領域である接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４と、接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４の周縁に設けられた接合剤不塗布領域５２ｇが形成されている。基板５２は、基材５２ｄ、接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４および接合剤不塗布領域５２ｇで構成される。接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４は樹脂接着剤８ａ〜８ｄと同種の高分子材料で形成されており、接合剤不塗布領域５２ｇは油脂材で形成されているため、接合剤不塗布領域５２ｇの樹脂接着剤の濡れ性は接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４より低くなっている。また、接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４の形状は円であり、それらは一列に分離配置されている。
樹脂接着剤８ａ〜８ｄはそれぞれ接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４に充填されるように塗布されており、樹脂接着剤８ａ〜８ｄの濡れ広がりは樹脂接着剤の濡れ性が低い接合剤不塗布領域５２ｇで止まるため、樹脂接着剤８ａ〜８ｄの外周形状は接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４の形状でそれぞれ決まる。つまり、接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４と接合剤不塗布領域５２ｇは、樹脂接着剤８ａ〜８ｄのそれぞれの外周を形成する形成部を構成している。
この実施の形態３によれば、接合剤である樹脂接着剤８ａ〜８ｄが充填される円形状をなした接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４と接合剤不塗布領域５２ｇで構成されたそれぞれの形成部により、樹脂接着剤８ａ〜８ｄの外周はそれぞれ円に形成される。このため、実施の形態１と同様に、樹脂接着剤の硬化収縮時に樹脂接着剤８ａ〜８ｄの中心付近にそれぞれ配置した光学レンズ７ａ〜７ｄに加わる応力が円の中心に対して対称になり、光学レンズ７ａ〜７ｄの位置ずれが抑制される。この結果、光学レンズ７ａ〜７ｄを高い位置精度で固着することができる。
また、接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４が分離配置されているため、実施の形態１と同様に、樹脂接着剤８ａ〜８ｄ同士が干渉することがなく、複数の光学レンズ７ａ〜７ｄを高い位置精度で固着することができる。
なお、実施の形態１の凹部５ａ−１〜５ａ−４、実施の形態２の接合剤塗布領域５１ｆ−１〜５１ｆ−４、および、実施の形態３の接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４の形状は円であるとして説明したが、頂点の数が偶数の正多角形であっても、光学レンズ７ａ〜７ｄを高い位置精度で固着できる。なぜなら、頂点の数が偶数の正多角形はその中心に対して点対称な形状であり、接合材がその形状を持つ場合は、接合材の硬化収縮時に接合材の中心から点対称な位置にある２点に加わる応力は接合材の中心に対して対称に発生するので、接合材の上にそれぞれ配置した光学レンズ７ａ〜７ｄの調整位置に対する位置ずれが抑制されるからである。
また、実施の形態１〜３において、光学レンズ固着用の接合剤として紫外線硬化型の樹脂接着剤を用いて説明したが、熱硬化型の樹脂接着剤または半田を用いてもよい。
また、実施の形態１〜３において、光学部品として光学レンズを用いて説明したが、波長選択フィルタまたは反射ミラーであってもよい。
また、実施の形態１〜３において、樹脂接着剤を基板に塗布した後に光学レンズを置いていたが、樹脂接着剤を光学レンズの底面にあらかじめ塗布してから、その光学レンズを基板に置いてもよい。
また、実施の形態３において、接合剤塗布領域５２ｆ−１〜５２ｆ−４を形成する材料として樹脂接着剤８ａ〜８ｄと同種の高分子材料を用いて説明したが、親水化処理された金属部材を用いてもよい。また、接合剤不塗布領域５２ｇを形成する材料として油脂材を用いて説明したが、撥水加工された金属部材を用いてもよい。
１ 波長多重光通信モジュール、２ 本体、３ レセプタクル、４ パッケージ、５，５１，５２ 基板、５ａ−１〜５ａ−４ 凹部、５１ｄ，５２ｄ 基材、５１ｅ 有機膜、５１ｆ−１〜５１ｆ−４，５２ｆ−１〜５２ｆ−４ 接合剤塗布領域、５２ｇ 接合剤不塗布領域、６ａ〜６ｄ 光源、７ａ〜７ｄ 光学レンズ、８ａ〜８ｄ 樹脂接着剤、９ 光合波器

Claims (6)

  1. 基板と、
    前記基板に配置された複数の光源と、
    前記基板上に、前記複数の光源にそれぞれ対応して分離配置された複数の接合材と、
    前記基板上に、前記複数の接合材のそれぞれを介してそれぞれ固着された複数の光学部品と、を備え、
    前記基板は、前記複数の接合材のそれぞれの外周を円または頂点の数が偶数の正多角形に形成する複数の形成部を有することを特徴とする波長多重光通信モジュール。
  2. 前記複数の形成部は、前記基板に形成され、前記接合剤が充填される凹部で構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長多重光通信モジュール。
  3. 前記複数の形成部は、前記接合剤が塗布される接合剤塗布領域と、前記接合剤塗布領域の周縁に設けられた有機膜とで構成されていることを特徴とする請求項1に記載の波長多重光通信モジュール。
  4. 前記複数の形成部は、前記接合剤が塗布される接合剤塗布領域と、前記接合剤塗布領域の周縁に設けられた接合剤不塗布領域とで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の波長多重光通信モジュール。
  5. 前記接合剤は樹脂接着剤であり、前記接合剤塗布領域は前記複数の樹脂接着剤と同種の高分子材料または親水化処理された金属部材で形成され、前記接合剤不塗布領域は油脂材または撥水加工された金属部材で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の波長多重光通信モジュール。
  6. 前記接合剤は半田であり、前記接合剤塗布領域は親水化処理された金属部材で形成され、前記接合剤不塗布領域は油脂材または撥水加工された金属部材で形成されていることを特徴とする請求項４に記載の波長多重光通信モジュール。
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